שתי תכונות מבניות של מולקולת הדנ"א מספקות בסיס למנגנוני התורשה: ארבעת בסיסי הנוקלאוטידים וטבעה הדו-גדילי. מודל ווטסון-קריק של מבנה דנ"א דו-סלילי, שהוצע בשנת 1952, התבסס במידה רבה על עבודת הקריסטלוגרפיה של קרני רנטגן של החוקרים רוזלינד פרנקלין ומוריס וילקינס. ווטסון, קריק ווילקינס קיבלו במשותף פרס נובל לפיזיולוגיה או לרפואה על עבודתם בשנת 1962. פרנקלין, באופן שנוי במחלוקת, לא נכלל בפרס מסיבות שעדיין שנויות במחלוקת.

מודל ווטסון-קריק של הדנ"א, בפשטות רבה, הציע כי הדנ"א מורכב משני גדילים של נוקלאוטידים המתפתלים זה סביב זה ויוצרים סליל ימני וכי זיווג הנוקלאוטידים מתרחש בין פורין לפירימידין.

שני גדילי הדנ"א הם אנטי-מקבילים, כלומר הקצה ה-3' של גדיל אחד פונה לקצה ה-5' של השני. זה מאפשר לכל גדיל לשמש כתבנית עבור בן זוגו במהלך שכפול הדנ"א, ולייצר שני גדילי דנ"א חדשים המשלימים זה את זה. עם זאת, לא היה ברור אם שכפול דנ"א התרחש באופן זה או לא.

ניסוי מסלסון וסטאל

מסלסון וסטאל גידלו E. coli במשך כמה דורות בתווך המכיל איזוטופ "כבד" של חנקן, ¹⁵N. עם הזמן, החנקן הכבד שולב בבסיסי הנוקלאוטידים החנקניים, ובכך בדנ"א. לאחר מכן, E. coli הוכנס למדיום המכיל איזוטופ אחר של חנקן, ¹⁴N, וגדל במשך כמה דורות נוספים. לאחר כל דור בודדה דגימת דנ"א מחלק מהתאים, הועמסה בשיפוע וצנטריפוגות במהירויות גבוהות. בשיפוע, הדנ"א ייפרד בהתאם לצפיפות הציפה שלו (כלומר, הצפיפות בתוך השיפוע שבו הדנ"א יצוף).

בתווך ¹⁵N נצפתה רצועה אחת בצפיפות גבוהה בחלק התחתון של צינור הצנטריפוגה. מיד לאחר שהחיידקים הועברו למדיה "הקלה" יותר, הרצועה הבודדת הזו זזה כלפי מעלה בטור, מה שמצביע על צפיפות נמוכה יותר. עם זאת, הדורות הבאים יצרו שני פסים: אחד המתאים לצפיפות ¹⁴N והשני במיקום ביניים. תוצאה זו יכולה להיות מוסברת רק על ידי אופן שכפול שמרני למחצה, ובכך לאמת את מודל ווטסון-קריק.